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2023-06-23
机器人动力学方程及其应用研究
【摘要】：机器人动力学方程是机器人机械系统的运动方程，它表示机器人各关节的关节位置、关节速度、关节加速度与各关节执行器驱动力矩之间的关系。机器人的动力学正问题主要用于机器人的运动仿真。研究机器人动力学逆问题的目的是对机器人的运动进行有效的实时控制，以实现预期的轨迹运动，并达到良好的动态性能和最优指标。目前研究机器人动力学的方法很多，有牛顿-欧拉方法、拉格朗日方法、阿贝尔方法和凯恩方法等。
动力学是研究物体的运动与受力之间的关系。机器人动力学方程是机器人机械系统的运动方程，它表示机器人各关节的关节位置、关节速度、关节加速度与各关节执行器驱动力矩之间的关系。
机器人的动力学有两个相反的问题：一是已知机器人各关节的驱动力或力矩，求解机器人各关节的位置、速度和加速度，这是动力学正问题；二是已知各关节的位置、速度和加速度，求各关节所需的驱动力或力矩，这是动力学逆问题。
机器人的动力学正问题主要用于机器人的运动仿真。假如在机器人设计时，需要根据连杆质量、运动学和动力学参数、传动机构特征及负载大小进行动态仿真，从而决定机器人的结构参数和传动方案，验算设计方案的合理性和可行性，以及结构优化的程度；在机器人离线编程时，为了估计机器人高速运动引起的动载荷和路径偏差，要进行路径控制仿真和动态模型仿真。
研究机器人动力学逆问题的目的是对机器人的运动进行有效的实时控制，以实现预期的轨迹运动，并达到良好的动态性能和最优指标。由于机器人是个复杂的动力学系统，由多个连杆和关节组成，具有多个输入和多个输出，存在着错综复杂的耦合关系和严重的非线性，所以动力学的实时计算很复杂，在实际控制时需要做一些简化假设。
目前研究机器人动力学的方法很多，有牛顿-欧拉方法、拉格朗日方法、阿贝尔方法和凯恩方法等。
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